Optimierung der mechanischen Leistung von LPBF Inconel 718 für Turbo-Triebwerksanwendungen durch maßgeschneiderte Wärmebehandlungs- und Prozessparameterstrategien

Zusammenfassung Die additive Fertigung (AM) mit laserbasierten Technologien wie der Laser-Pulverbettfusion (LPBF) bietet die Möglichkeit, strukturell komplexe Komponenten schnell und kostengünstig zu produzieren und dabei eine hohe Qualität aufrechtzuerhalten. Für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, wie beispielsweise Komponenten von Gasturbinen, erfordert die Gewährleistung einer optimalen Materialleistung ein umfassendes Verständnis der Beziehung zwischen dem Fertigungsprozess, den thermomechanischen Behandlungen, der Mikrostruktur und den resultierenden mechanischen Eigenschaften. Diese Studie konzentriert sich auf LPBF von Inconel 718 (IN718), einer nickelbasierten Superlegierung, die aufgrund ihrer guten Hochtemperatureigenschaften in Luft- und Raumfahrtanwendungen weit verbreitet ist. Während IN718 im Vergleich zu neueren Legierungen, die kürzlich für den Einsatz in AM entwickelt wurden, eine niedrigere maximale Betriebstemperaturgrenze (~ 650 °C) aufweist, ist es bereits eine gut verstandene, validierte und leicht zu verarbeitende Wahl mit einem Potenzial, das noch nicht vollständig ausgeschöpft wurde. Unterschiedliche Wärmebehandlungsstrategien, einschließlich Lösungsglühen, Doppeltaltern und heißisostatischem Pressen, wurden auf LPBF-gefertigtem IN718 angewendet, um deren Auswirkungen auf Phasenkomposition, Mikrostruktur und mechanische Leistung zu bewerten. Die Synchrotron-Hochenergie-Diffraktionsanalyse wurde verwendet, um die Phasenentwicklung zu analysieren, und die mechanischen Eigenschaften wurden mit dem Schwerpunkt auf Ermüdung an Proben getestet, die in den Bauorientierungen 0°; 45° und 90° relativ zur Belastungsachse in den mechanischen Tests gefertigt wurden. Die Ergebnisse zeigen eine starke Korrelation zwischen den Prozessparametern, den Nachbearbeitungsmethoden, der Mikrostruktur und Textur, der Phasenkomposition und der Ermüdungsfestigkeit. Die Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke für die Definition maßgeschneiderter Prozessketten, die auf eine individuell angepasste und verbesserte Materialleistung in spezifischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt abzielen.